第二節(jié) 分子晶體和共價晶體 一、分子晶體1．概念：只含分子的晶體。2．粒子間的作用分子晶體中相鄰的分子間以分子間作用力相互吸引。3．常見分子晶體及物質(zhì)類別物質(zhì)種類實例所有非金屬氫化物H2O、NH3、CH4等部分非金屬單質(zhì)鹵素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等部分非金屬氧化物CO2、P4O10、SO2、SO3等幾乎所有的酸HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等絕大多數(shù)有機物苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等 【注】稀有氣體為的分子為單原子分子，因此，有稀有氣體單質(zhì)形成的晶體也是分子晶體。 4．物理特性(1)分子晶體的熔、沸點較低，密度較小，硬度較小，較易熔化和揮發(fā)，部分分子晶體易升華，（如干冰、碘、紅磷等）。(2)一般是絕緣體。分子晶體在固態(tài)和熔融狀態(tài)下均不存在自由移動的離子或自由電子，因而分子晶體在固態(tài)和熔融狀態(tài)下都不能導(dǎo)電。有些分子晶體的水溶液能導(dǎo)電，如HI、乙酸等。(3)溶解性符合“相似相溶規(guī)律”。【注】分子晶體熔、沸點高低的比較規(guī)律①分子晶體中分子間作用力越大，物質(zhì)熔、沸點越高，反之越低。②具有氫鍵的分子晶體，熔、沸點反常高。 5.分子晶體的常見堆積方式分子間作用力堆積方式實例范德華力分子采用密堆積，每個分子周圍有12個緊鄰的分子如C60、干冰、I2、O2范德華力、氫鍵分子不采用密堆積，每個分子周圍緊鄰的分子少于12個如HF、NH3、冰  6.常見分子晶體的結(jié)構(gòu)分析 (1)冰①水分子之間的主要作用力是氫鍵，當(dāng)然也存在范德華力。②氫鍵有方向性，它的存在迫使在四面體中心的每個水分子與四面體頂角方向的4個相鄰水分子互相吸引。(2)干冰①干冰中的CO2分子間只存在范德華力，不存在氫鍵。②每個晶胞中有4個CO2分子，12個原子。每個CO2分子周圍等距離緊鄰的CO2分子數(shù)為12個。【注】冰晶體中，每個水分子與其他4個水分子形成氫鍵，每個水分子平均形成2個氫鍵（每個氫鍵由2個水分子均攤，故4×=2）  二、共價晶體1.定義：所有原子都以共價鍵相互結(jié)合形成共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu)的晶體叫共價晶體。 2.構(gòu)成微粒及微粒間的作用力 共價晶體 【注】①共價晶體中不存在單個分子，因此，共價晶體的化學(xué)式不代表其實際組成，只表示其組成的原子個數(shù)比。           ②共價晶體融化時被破壞的作用力是共價鍵。           ③共價晶體中只有共價鍵，但含有共價鍵的晶體不一定是共價晶體。如CO2、H2O等分子晶體中也含有共價鍵。 3.常見的共價晶體 物質(zhì)種類實例某些非金屬單質(zhì)晶體硼、晶體硅、晶體鍺、金剛石等某些非金屬化合物碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等某些氧化物二氧化硅(SiO2)等 4.共價晶體的物理性質(zhì) (1)熔點很高。共價晶體中，原子間以較強的共價鍵結(jié)合，融化時破壞共價鍵，需要很高的能量。       (2)硬度很大。共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu)決定了共價晶體的硬度，如金剛石是天然存在的最硬的物質(zhì)。       (3)一般不導(dǎo)電，但晶體硅、鍺是半導(dǎo)體。       (4)難溶于一般的溶劑。 【注】結(jié)構(gòu)相似的共價晶體，其原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，鍵越穩(wěn)定，共價晶體的熔點越高，硬度越大。 5.典型的共價晶體 (1)金剛石①碳原子采取  sp3  雜化，C—C—C夾角為  109°28′。②每個碳原子與周圍緊鄰的  4  個碳原子以共價鍵結(jié)合成正四面體結(jié)構(gòu)，向空間伸展形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。③最小碳環(huán)由  6  個碳原子組成，且最小環(huán)上有  4  個碳原子在同一平面內(nèi)；每個碳原子被12個六元環(huán)共用。④晶體中每個碳原子都參與了4條C—C的形成，在每條鍵中的貢獻(xiàn)只有一半，故晶體中碳原子數(shù)目之比為  1：2  。 (2)二氧化硅晶體①二氧化硅的結(jié)構(gòu)二氧化硅是自然界含量最高的固態(tài)二元氧化物，有多種結(jié)構(gòu)，最常見的是低溫石英(α-SiO2)。低溫石英的結(jié)構(gòu)中有頂角相連的 硅氧四面體 形成螺旋上升的長鏈，沒有封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)決定了它具有手性。石英晶體中的硅氧四面體    石英的左、右型晶體                  相連構(gòu)成的螺旋鏈①Si原子采取 sp3 雜化，正四面體內(nèi)O—Si—O鍵角為 109°28′。②每個Si原子與 4 個O原子形成 4 個共價鍵， Si 原子位于正四面體的中心， O 原子位于正四面體的頂點，同時每個O原子被 2 個硅氧正四面體共用；每個O原子和 2個Si原子形成 2個共價鍵，晶體中Si原子與O原子個數(shù)比為 1∶2 。③最小環(huán)上有 12 個原子，包括 6 個O原子和 6 個Si原子。(2)二氧化硅的用途二氧化硅是制造水泥、玻璃、人造紅寶石、單晶硅、硅電電池、芯片和光導(dǎo)纖維的原料。【注】二氧化硅為共價晶體，晶體中不存在單個分子，其化學(xué)式為SiO2，不存在分子式。 【拓展】共價晶體與分子晶體熔、沸點高低的比較(1)晶體類型不同：共價晶體＞分子晶體理由：共價晶體的熔、沸點與共價鍵有關(guān)，分子晶體的熔、沸點與分子間作用力有關(guān)。共價鍵的作用力遠(yuǎn)大于分子間作用力。(2)晶體類型相同①共價晶體一般來說，對結(jié)構(gòu)相似的共價晶體來說，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔、沸點越高。例如：金剛石＞二氧化硅＞碳化硅＞晶體硅。②分子晶體a．若分子間有氫鍵，則分子間作用力比結(jié)構(gòu)相似的同類晶體大，故熔、沸點較高。如HF＞HI；NH3＞PH3；H2O＞H2Te。b．組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，一般相對分子質(zhì)量越大，范德華力越大，熔、沸點越高。如I2＞Br2＞Cl2＞F2；SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4。c．組成和結(jié)構(gòu)不相似的物質(zhì)(相對分子質(zhì)量接近)，分子的極性越大，范德華力越大，熔、沸點越高。如CO＞N2。d．同類別的同分異構(gòu)體，支鏈越多，熔、沸點越低。如正戊烷＞異戊烷＞新戊烷。例1. 我們可以將SiO2的晶體結(jié)構(gòu)想象為：在晶體硅的Si—Si鍵之間插入O原子。根據(jù)SiO2晶體結(jié)構(gòu)圖，下列說法不正確的是(　　)A．石英晶體中每個Si原子通過Si—O極性鍵與4個O原子作用B．每個O原子也通過Si—O極性鍵與2個Si原子作用C．石英晶體中Si原子與O原子的原子個數(shù)比為1∶2，可用“SiO2”來表示石英的組成D．在晶體中存在石英分子，故能叫分子式答案 D　[晶體硅的結(jié)構(gòu)是五個硅原子形成正四面體結(jié)構(gòu)，其中有一個位于正四面體的中心，另外四個位于四面體的頂點，故SiO2的結(jié)構(gòu)為每個硅原子周圍有四個氧原子，而每個氧原子周圍有兩個硅原子，在晶體中Si原子與O原子的原子個數(shù)比為1∶2，“SiO2”僅表示石英的組成，故沒有單個的SiO2分子。]例2.最近科學(xué)家成功研制成了一種新型的碳氧化物，該化合物晶體與SiO2的晶體的結(jié)構(gòu)相似，晶體中每個碳原子均以4個共價單鍵與氧原子結(jié)合，形成一種無限伸展的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。下列對該晶體的敘述錯誤的是(　　)A．該晶體是共價晶體B．該晶體中碳原子和氧原子的個數(shù)比為1∶2C．該晶體中碳原子數(shù)與C—O鍵數(shù)之比為1∶2D．該晶體中最小的環(huán)由12個原子構(gòu)成答案C　[該化合物晶體中每個碳原子均以4個共價單鍵與氧原子結(jié)合，形成一種無限伸展的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，則該化合物晶體中不存在分子，屬于共價晶體，A項正確；晶體中每個碳原子均以4個共價單鍵與氧原子結(jié)合，每個氧原子和2個碳原子以共價單鍵相結(jié)合，所以碳、氧原子個數(shù)比為1∶2，B項正確；該晶體中每個碳原子形成4個C—O共價鍵，所以C原子與C—O數(shù)目之比為1∶4，C項錯誤；該晶體中最小的環(huán)由6個碳原子和6個氧原子構(gòu)成，D項正確。]例3.下列晶體性質(zhì)的比較中不正確的是(　　)A．熔點：金剛石>碳化硅>晶體硅B．沸點：NH3>PH3C．硬度：白磷>冰>二氧化硅D．熔點：SiI4>SiBr4>SiCl4答案 C　[A項中三種物質(zhì)都是共價晶體，因原子半徑r(C)<r(Si)，所以鍵長：C—C<C—Si<Si—Si，故鍵能：C—C>C—Si>Si—Si。鍵能越大，共價晶體的熔點越高，A項正確；因為NH3分子間存在氫鍵，所以NH3的沸點大于PH3的沸點，B項正確；二氧化硅是共價晶體，硬度很大，白磷和冰都是分子晶體，硬度較小，C項錯誤；四鹵化硅為分子晶體，它們的組成和結(jié)構(gòu)相似，分子間不存在氫鍵，故相對分子質(zhì)量越大，熔點越高，D項正確。]例4.碳化硅和立方氮化硼的結(jié)構(gòu)與金剛石類似，碳化硅硬度僅次于金剛石，立方氮化硼硬度與金剛石相當(dāng)，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。請回答下列問題：(1)碳化硅晶體中，硅原子雜化類型為________，每個硅原子周圍與其距離最近的碳原子有________個；設(shè)晶胞邊長為a cm，密度為b g·cm－3，則阿伏加德羅常數(shù)可表示為________(用含a、b的式子表示)。(2)立方氮化硼晶胞中有________個硼原子，________個氮原子，硼原子的雜化類型為________，若晶胞的邊長為a cm，則立方氮化硼的密度表達(dá)式為________g·cm－3(設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。[解析]　(1)SiC晶體中，每個Si原子與4個C原子形成4個σ鍵，故Si采取sp3雜化，每個Si原子距最近的C原子有4個。SiC晶胞中，碳原子數(shù)為6×＋8×＝4個，硅原子位于晶胞內(nèi)，SiC晶胞中硅原子數(shù)為4個，1個晶胞的質(zhì)量為 g，體積為a3 cm3，因此晶體密度：b g·cm－3＝，故NA＝ mol－1。(2)立方氮化硼晶胞中，含有N原子數(shù)為6×＋8×＝4個，B原子位于晶胞內(nèi)，立方氮化硼晶胞中含硼原子4個。每個硼原子與4個氮原子形成4個σ鍵，故硼原子采取sp3雜化，每個立方氮化硼晶胞的質(zhì)量為 g，體積為a3 cm3，故密度為 g·cm－3。[答案]　(1)sp3　4　 mol－1　(2)4　4　sp3　 

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第二節(jié) 分子晶體與共價晶體

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